CN104974695A - 一种醋酸乙烯酯-大豆蛋白共聚乳液木材胶粘剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种醋酸乙烯酯-大豆蛋白共聚乳液木材胶粘剂及其制备方法，涉及高分子化学领域。本发明是以大豆蛋白、醋酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯为混合单体，用尿素溶液对大豆蛋白进行改性，以聚乙烯为保护胶体，以过硫酸铵为引发剂，以亚硫酸钠为还原剂通过半连续聚合法制得。本发明的醋酸乙烯酯-大豆蛋白共聚乳液木材胶粘剂具有粘结强度高、耐水性好、稳定性好的优点，可以用作胶粘剂广泛用于木材拼装、人造板加工领域，还可应用于防水、包装领域。
Description
技术领域
本发明涉及高分子化学领域，尤其是一种醋酸乙烯酯-大豆蛋白共聚乳液木材胶粘剂及其制备方法。
背景技术
在目前使用的木材胶粘剂中，许多为溶剂类的三醛胶---脲醛树脂(UF),酚醛树脂(PF)和三聚氰胺甲醛树脂(VIF)，这“三醛胶”除耐水性差、储存期短外，在生产和使用的过程中释放出大量的甲醛，对环境污染造成很大的影响，人类长期接触还会造成患呼吸道疾病、恶性肿瘤、白血病等疾病的危险。随着环保和节能等理念的提出，对木材工业用胶也提出了更高的要求，这就要求减少甲醛单体和用量，使胶粘剂中游离醛含量达到最低标准，或寻求合适的原料和配方来取代“三醛”胶，彻底解决游离醛释放带来的环境问题。
天然胶粘剂原料来源广泛，成本低，使用方便，无毒环保，随着石油能源紧张和胶粘剂理论研究的深入，更重要的是人们环保意识的增强，天然胶粘剂又重新受到重视，以期充分发挥其天然环保和可再生的优势。天然高分子胶的原料中，大豆蛋白是一种来源丰富，可再生，可降解以及低成本的资源。因此，采用大豆蛋白作为原料生产木材胶粘剂将成为了一种必然的发展趋势。但现有大豆蛋白胶粘剂普遍胶接强度低，储藏稳定性差，阻碍了大豆蛋白胶粘剂在木材工业中的推广和应用。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种胶接强度高、耐水性好的醋酸乙烯酯-大豆蛋白共聚乳液木材胶粘剂及其制备方法。
本发明的醋酸乙烯酯-大豆蛋白共聚乳液木材胶粘剂，其组分及重量配比为：
大豆蛋白 100g
醋酸乙烯 80～120g
甲基丙烯酸甲酯 12～15g
聚乙烯醇 3～8g
过硫酸铵 1～2g
亚硫酸钠 1～2g
十二烷基硫酸钠 0.5～1g
壬基酚聚氧乙烯醚 0.5～1g
尿素 10～20g
碳酸氢钠 0.3～0.6g
氢氧化钠 0.1～0.5g
邻苯二甲酸二丁酯 2～3g
本发明还提供醋酸乙烯酯-大豆蛋白共聚乳液木材胶粘剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)向3～8g聚乙烯醇加入30～40g去离子水，启动搅拌器，升温至90℃搅拌30min，充分混合溶解后降温至60℃；
(2)将1～2g过硫酸铵用20～25g去离子水溶解得引发剂溶液；
(3)将10～20g尿素用水溶解配制成10％的尿素溶液，将100g大豆蛋白溶解于尿素溶液中，用40％NaOH溶液调至pH＝8.5，于60℃搅拌30min，加入1～2g亚硫酸钠继续搅拌1h，充分展开大豆蛋白分子并打开二硫键，得变性大豆蛋白液；
(4)将PVA溶液和变性大豆蛋白液混匀并保持温度在60℃-65℃，加入0.5～1g十二烷基硫酸钠和0.5～1g壬基酚聚氧乙烯醚组成的复合乳化剂，溶解后升温至70℃，开始滴加由80～120g醋酸乙烯酯和12～15g甲基丙烯酸甲酯组成的混合单体以及90％的引发剂溶液，于75℃恒温滴加3h；
(5)加入剩余10％的引发剂溶液,然后于80℃保温0.5h,升温至90℃再反应1h，然后降温至60℃,加入碳酸氢钠调节pH值为6～7,搅拌0.5h后降温至50℃,加入增塑剂邻苯二甲酸二丁酯2～3g搅拌均匀出料。
本发明加入聚乙烯醇可以提高胶粘剂的初粘性并起到保护胶体的作用；加入稀释剂尿素打开蛋白结构中的二硫键是保证接枝反应充分进行的条件，用尿素改性后还能增加乳液的剪切强度；加入邻苯二甲酸二丁酯为增塑剂。
本发明在聚合反应前添加乳化剂，使乳液通过胶束成核而聚合，乳化剂分散较好，几乎能覆盖所有乳胶粒子，使聚合反应更好的进行。此外，乳化剂还可提高单体的转化率，从而提高了胶粘剂的粘结强度。
本发明在醋酸乙烯酯与大豆蛋白接枝共聚时,加入少量接枝活性较高的单体MMA,对提高接枝率有利。同时甲基丙烯酸甲酯与醋酸乙烯酯的共聚可以改善胶膜的柔韧性,提高乳胶的冻融稳定性和耐水性能。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明制备的大豆蛋白共聚乳液木材胶粘剂同现有的大豆蛋白胶相比，外观、粘结强度都得到了提高，尤其是贮藏稳定性提高得特别明显，综合性能更加接近于白乳胶，并保持了现有成本低廉、环保等特点；由于制备过程中添加了乳化剂，提高了接枝共聚反应的转化率，同时提高了胶粘剂的贮藏稳定性；由于制备过程中采用两种单体对大豆蛋白进行接枝共聚改性，有效的提高了胶粘剂的粘结强度；与溶剂类的“三醛胶”相比，本发明的胶粘剂不含甲醛，生产和使用均不会对人体产生危害，具有更好的环保性能。
具体实施方式
以下通过实施例，对本发明作进一步详述：
实施例1
本发明的醋酸乙烯酯-大豆蛋白共聚乳液木材胶粘剂，由以下组分按配比制成：
大豆蛋白 100g
醋酸乙烯 80g
甲基丙烯酸甲酯 12g
聚乙烯醇 3g
过硫酸铵 1g
亚硫酸钠 1g
十二烷基硫酸钠 0.5g
壬基酚聚氧乙烯醚 0.5g
尿素 10g
碳酸氢钠 0.3g
氢氧化钠 0.1g
邻苯二甲酸二丁酯 2g
本发明的醋酸乙烯酯-大豆蛋白共聚乳液木材胶粘剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)向3g聚乙烯醇加入30g去离子水，启动搅拌器，升温至90℃搅拌30min，充分混合溶解后降温至60℃；
(2)将1g过硫酸铵用20g去离子水溶解得引发剂溶液；
(3)将10g尿素用水溶解配制成10％的尿素溶液，将100g大豆蛋白溶解于尿素溶液中，用40％NaOH溶液调至pH＝8.5，于60℃搅拌30min，加入1g亚硫酸钠继续搅拌1h，充分展开大豆蛋白分子并打开二硫键，得变性大豆蛋白液；
(4)将PVA溶液和变性大豆蛋白液混匀并保持温度在60℃-65℃，加入0.5g十二烷基硫酸钠和0.5g壬基酚聚氧乙烯醚组成的复合乳化剂，溶解后升温至70℃，开始滴加由80g醋酸乙烯酯和12g甲基丙烯酸甲酯组成的混合单体以及90％的引发剂溶液，于75℃恒温滴加3h；
(5)加入剩余10％的引发剂溶液,然后于80℃保温0.5h,升温至90℃再反应1h，然后降温至60℃,加入碳酸氢钠调节pH值为6～7,搅拌0.5h后降温至50℃,加入增塑剂邻苯二甲酸二丁酯2g搅拌均匀出料。
实施例2
本发明的醋酸乙烯酯-大豆蛋白共聚乳液木材胶粘剂，由以下组分按配比制成：
大豆蛋白 100g
醋酸乙烯 120g
甲基丙烯酸甲酯 15g
聚乙烯醇 8g
过硫酸铵 2g
亚硫酸钠 2g
十二烷基硫酸钠 1g
壬基酚聚氧乙烯醚 1g
尿素 20g
碳酸氢钠 0.6g
氢氧化钠 0.5g
邻苯二甲酸二丁酯 3g
本发明的醋酸乙烯酯-大豆蛋白共聚乳液木材胶粘剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)向8g聚乙烯醇加入40g去离子水，启动搅拌器，升温至90℃搅拌30min，充分混合溶解后降温至60℃；
(2)将2g过硫酸铵用25g去离子水溶解得引发剂溶液；
(3)将20g尿素用水溶解配制成10％的尿素溶液，将100g大豆蛋白溶解于尿素溶液中，用40％NaOH溶液调至pH＝8.5，于60℃搅拌30min，加入2g亚硫酸钠继续搅拌1h，充分展开大豆蛋白分子并打开二硫键，得变性大豆蛋白液；
(4)将PVA溶液和变性大豆蛋白液混匀并保持温度在60℃-65℃，加入1g十二烷基硫酸钠和1g壬基酚聚氧乙烯醚组成的复合乳化剂，溶解后升温至70℃，开始滴加由120g醋酸乙烯酯和15g甲基丙烯酸甲酯组成的混合单体以及90％的引发剂溶液，于75℃恒温滴加3h；
(5)加入剩余10％的引发剂溶液,然后于80℃保温0.5h,升温至90℃再反应1h，然后降温至60℃,加入碳酸氢钠调节pH值为6～7,搅拌0.5h后降温至50℃,加入增塑剂邻苯二甲酸二丁酯3g搅拌均匀出料。
实施例3性能测试
对实施例1和2所制得的木材胶粘剂做如下性能指标测试，其测试结果如下表1所示：
| 指标 | 实施例1 | 实施例2 |
| 外观 | 白色均匀乳液 | 白色均匀乳液 |
| 干强度/MPa | 6.7 | 7.3 |
| 湿强度/MPa | 2.1 | 2.1 |
| 储存期/月 | 8 | 8个月以上 |
从测试结果可以看出，本发明所制得的醋酸乙烯酯-大豆蛋白共聚乳液胶粘剂粘结强度大，可存储时间长，各方面性能都能满足木材胶粘剂的使用标准，可以在木材拼装、人造板加工领域使用。
Claims (2)
1.一种醋酸乙烯酯-大豆蛋白共聚乳液木材胶粘剂，其特征在于由以下组分按配比制成：
大豆蛋白 100g
醋酸乙烯 80～120g
甲基丙烯酸甲酯 12～15g
聚乙烯醇 3～8g
过硫酸铵 1～2g
亚硫酸钠 1～2g
十二烷基硫酸钠 0.5～1g
壬基酚聚氧乙烯醚 0.5～1g
尿素 10～20g
碳酸氢钠 0.3～0.6g
氢氧化钠 0.1～0.5g
邻苯二甲酸二丁酯 2～3g。
2.根据权利要求1所述的一种醋酸乙烯酯-大豆蛋白共聚乳液木材胶粘剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)向3～8g聚乙烯醇加入30～40g去离子水，启动搅拌器，升温至90℃搅拌30min，充分混合溶解后降温至60℃；
(2)将1～2g过硫酸铵用20～25g去离子水溶解得引发剂溶液；
(3)将10～20g尿素用水溶解配制成10％的尿素溶液，将100g大豆蛋白溶解于尿素溶液中，用40％NaOH溶液调至pH＝8.5，于60℃搅拌30min，加入1～2g亚硫酸钠继续搅拌1h，充分展开大豆蛋白分子并打开二硫键，得变性大豆蛋白液；
(4)将PVA溶液和变性大豆蛋白液混匀并保持温度在60℃-65℃，加入0.5～1g十二烷基硫酸钠和0.5～1g壬基酚聚氧乙烯醚组成的复合乳化剂，溶解后升温至70℃，开始滴加由80～120g醋酸乙烯酯和12～15g甲基丙烯酸甲酯组成的混合单体以及90％的引发剂溶液，于75℃恒温滴加3h；
(5)加入剩余10％的引发剂溶液,然后于80℃保温0.5h,升温至90℃再反应1h，然后降温至60℃,加入碳酸氢钠调节pH值为6～7,搅拌0.5h后降温至50℃,加入增塑剂邻苯二甲酸二丁酯2～3g搅拌均匀出料。
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| CN109651618A (zh) * | 2018-12-12 | 2019-04-19 | 东北林业大学 | 一种大豆蛋白基水性丙烯酸树脂及其制备方法和应用 |
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